ES2364337T3

ES2364337T3 - TIG WELDING PROCEDURE

Info

Publication number: ES2364337T3
Application number: ES05104119T
Authority: ES
Inventors: Jean-Michel Serge Marcel Duret; Pascal Guerniou
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2004-05-18
Filing date: 2005-05-17
Publication date: 2011-08-31
Anticipated expiration: 2025-05-17
Also published as: EP1598139B1; UA85829C2; JP2005329466A; EP1598139A1; US20050258144A1; DE602005027419D1; CA2507855C; US7241961B2; RU2005115011A; CN100563896C; JP4854986B2; CN1736648A; FR2870470B1; CA2507855A1; RU2374047C2; ATE505286T1; FR2870470A1

Abstract

The tungsten-inert gas (TIG) welding procedure for joining two components and especially an igniter guide (12) to the outer sleeve (11) of a turbojet engine combustion chamber (10), with the guide wall (13) set at an angle to that of the combustion chamber sleeve, consists of moving the welder electrode (22) along the line of the joint so that it lies at an angle of less than 180 degrees to the wall (13) in a direction (D) passing across the corner of the joint. The electrode is supplied with sufficient energy to create a bead in the aforementioned corner. The speed of the electrode's movement and intensity of its current are varied according to the geometry of the components.

Description

Procedimiento de soldadura TIG.TIG welding procedure.

La presente invención se refiere a la soldadura al arco de dos piezas entre sí por medio de un electrodo refractario bajo una atmósfera gaseosa inerte.The present invention relates to welding to the arc of two pieces with each other by means of a refractory electrode under an inert gas atmosphere.

Se refiere a la soldadura de una primera pieza metálica a una segunda pieza metálica, estando las dos piezas aplicadas borde contra borde. En particular se refiere a la unión de una pieza cilíndrica, como una guía-candela, a un orificio realizado en una segunda pieza, tal como una camisa de cámara de combustión de motor de turbina a gas.It refers to the welding of a first piece metallic to a second metallic piece, the two pieces being applied edge to edge. In particular it refers to the union of a cylindrical piece, like a candle guide, to a hole made in a second piece, such as a shirt combustion chamber of gas turbine engine.

Una cámara de combustión es de forma generalmente anular e incluye una camisa provista de aberturas axiales aguas arriba para el paso del aire y medios de distribución de carburante en el recinto de la cámara. Cerca de estos medios, la camisa presenta sobre su pared periférica aperturas radiales para el paso de las candelas de encendido del carburante. Las candelas se fijan en la pared por medio de guías candelas que son globalmente cilíndricas. Estas guías candelas están soldadas por su borde anterior a lo largo del borde de un orificio realizado en la pared de la camisa.A combustion chamber is shaped generally void and includes a shirt provided with openings upstream axial for air passage and distribution means of fuel in the chamber enclosure. Near these means, the shirt has radial openings on the peripheral wall for the passage of the ignition candles of the fuel. The candles are fixed on the wall by means of candle guides that are globally cylindrical These candle guides are welded by their edge anterior along the edge of a hole made in the wall of the shirt.

Actualmente, se procede por soldadura TIG manual. Se representó en la figura 1 la posición de las dos piezas. El tubo guía candela 1 se introduce en el orificio conformado 3 a través de la pared 5 de la cámara de combustión antes de la soldadura. La pared de la cámara que está representada en corte axial presenta una curvatura también en esta dirección axial. El borde del orificio 3 se achaflana de tal modo que deja un espacio con el borde exterior del tubo. La soldadura consiste en colocar una antorcha T de electrodo 7 de tungsteno por encima de este espacio aportando el metal por medio de una barra B. En un primer paso se deposita un primer cordón en el fondo del espacio de tal manera que asegura la penetración de la soldadura. En un segundo paso se llena todo el espacio.Currently, we proceed by TIG welding manual. The position of the two pieces was represented in figure 1. The candela guide tube 1 is inserted into the hole formed 3 a through the wall 5 of the combustion chamber before the welding. The wall of the chamber that is represented in section axial also has a curvature in this axial direction. He edge of hole 3 is chamfered so that it leaves a space with the outer edge of the tube. Welding involves placing a Tungsten electrode T torch 7 above this space providing the metal by means of a bar B. In a first step you deposit a first string at the bottom of the space in such a way that Ensures weld penetration. In a second step it is filled All the space.

Este modo manual presenta el inconveniente de exigir una gran destreza por parte del operador debido a la complejidad de la zona de unión. Por otra parte, al progresar a lo largo del cordón de soldadura, debe constantemente adaptar la cantidad de energía que se debe aportar ya que los espesores y las masas que se deben soldar no son constantes. La soldadura no es regular. Resulta que las deformaciones requieren, en particular, una calentamiento final del conjunto para relajar las tensiones internas aparecidas durante la operación de soldadura. Las irregularidades de superficie en el interior de la cámara o en el tubo guía imponen por otra parte una continuación del cordón de soldadura por conformado. A veces también, las tensiones son suficientemente elevadas para generar fracturas en la zona de
unión.This manual mode has the disadvantage of demanding great skill from the operator due to the complexity of the joining area. On the other hand, when progressing along the weld bead, you must constantly adapt the amount of energy that must be provided since the thicknesses and masses that must be welded are not constant. Welding is not regular. It turns out that the deformations require, in particular, a final heating of the assembly to relax the internal stresses appeared during the welding operation. Surface irregularities inside the chamber or in the guide tube also impose a continuation of the weld bead. Sometimes also, tensions are high enough to generate fractures in the area of
Union.

Se recuerda que la soldadura TIG "Tungsten Inert Gas" es un procedimiento de soldadura al arco eléctrico con electrodo refractario bajo atmósfera gaseosa. Esta técnica se utiliza con o sin metal de aporte. El gas inerte, generalmente a base de argón o helio, aísla del aire el metal en fusión, las zonas calientes y el electrodo tungsteno. Se evita así cualquier oxidación. En una vena de gas inerte, se hace fluir un arco eléctrico entre el electrodo en tungsteno infusible y la pieza que se debe soldar. El calor liberado por el arco hace fundir los bordes de la pieza y el posible metal de aporte que contribuye a la formación del cordón. La soldadura TIG es un procedimiento que es manual o automático siendo robotizando. Se reserva a los espesores bajos y medios, inferiores a 5-6 mm, ya que las velocidades de soldadura para los mayores espesores son inferiores a las de los otros procedimientos.Remember that TIG welding "Tungsten Inert Gas "is an electric arc welding procedure with refractory electrode under gaseous atmosphere. This technique is Use with or without input metal. Inert gas, usually at Argon or helium base, isolates the molten metal from the air, the zones Hot and tungsten electrode. This avoids any oxidation. In an inert gas vein, an arc is flowed electrical between the infusible tungsten electrode and the part that It must be welded. The heat released by the arc melts the edges of the piece and the possible contribution metal that contributes to the cord formation. TIG welding is a procedure that is manual or automatic being robotized. It is reserved for thicknesses low and medium, less than 5-6 mm, since the welding speeds for the greatest thicknesses are lower than those of the other procedures.

La presente invención tiene por objeto remediar los inconvenientes que se encuentran con la soldadura manual tal como se aplicaba hasta ahora.The present invention is intended to remedy the drawbacks encountered with manual welding such as applied so far.

De acuerdo con la invención, el procedimiento de soldadura TIG se proporciona según la reivindicación 1.According to the invention, the process of TIG welding is provided according to claim 1.

El ángulo entrante es, en cada posición del electrodo a lo largo de la soldadura, el ángulo superior a 180º definido por las dos paredes.The incoming angle is, in each position of the electrode along the weld, the angle greater than 180º defined by the two walls.

Por el procedimiento de la invención, se utiliza la materia que constituye las piezas que se deben soldar sin aporte exterior, y por la disposición del electrodo con respecto a la superficie de unión o plan de unión, se empuja el baño de fusión y el cordón en formación en el ángulo saliente asociado. La energía aplicada es suficiente para que se forme un borde en el ángulo saliente asociado al ángulo entrante. Por tanto, se puede fácilmente automatizar la soldadura de dos piezas por medio de un equipo relativamente simple, en un único paso.By the process of the invention, it is used the material that constitutes the pieces that must be welded without input outside, and by the arrangement of the electrode with respect to the joining surface or joint plan, the melting bath is pushed and the cord forming in the associated protruding angle. Energy applied is enough for an edge to form at the angle projection associated with the incoming angle. Therefore, you can easily automate the welding of two pieces by means of a team relatively simple, in a single step.

La invención se aplica a la soldadura de piezas una de las cuales, la primera, es cilíndrica. Se emplea entonces ventajosamente una máquina de soldadura de tipo orbital conocida para la soldadura de tubos. La trayectoria del extremo del electrodo es en ese caso circular.The invention applies to the welding of parts one of which, the first, is cylindrical. It is used then advantageously a known orbital type welding machine for tube welding. The path of the electrode end It is in that case circular.

Un aporte de materia se proporciona por una de las paredes que está prevista de manera para formar un resalte antes de la soldadura.A contribution of matter is provided by one of the walls that are planned so as to form a protrusion before of welding.

Según la invención se proporciona sobre la segunda pared un refrentado contra el cual se pone en apoyo el borde de extremo de la primera pared antes de la soldadura. Eso es especialmente ventajoso cuando la pared de la segunda pieza tiene una forma de casquillo esférico o similar o bien presente un radio de curvatura suficiente.According to the invention it is provided on the second wall a facing against which the edge is supported of end of the first wall before welding. That's especially advantageous when the wall of the second piece has a spherical or similar cap shape or present a radius of sufficient curvature.

Con el fin de tener en cuenta la geometría compleja de las piezas a soldar, se hace preferentemente, variar la velocidad de desplazamiento del electrodo y la intensidad de la corriente que lo cruza. Estos dos parámetros se regulan en función de la geometría local de las dos piezas en la zona de unión a lo largo de la trayectoria del extremo del electrodo y del bombeo térmico cuando proceda.In order to take into account the geometry complex of the pieces to be welded, preferably, vary the electrode travel speed and intensity of the current that crosses it. These two parameters are regulated according to of the local geometry of the two pieces in the area of union to the length of electrode and pump end path thermal when appropriate.

Se describe ahora un modo de realización no limitativo de la invención refiriéndose a los dibujos en los cuales:A non-embodiment is now described. limiting of the invention referring to the drawings in the which:

\bullet La figura 1 muestra el modo de soldadura manual según el estado de la técnica anterior.Figure 1 shows the mode of manual welding according to the prior art.

\bullet La figura 2 muestra un primer ejemplo de realización de la soldadura de acuerdo con la invención.Figure 2 shows a first example of welding according to the invention.

\bullet La figura 3 muestra las dos piezas después de la soldadura.Figure 3 shows the two pieces after welding.

Se representó en la figura 2 la parte de la camisa 11 exterior de una cámara 10 de combustión de turborreactor que se sitúa a nivel de un orificio de paso de una candela de encendido. La candela no ha sido representada ni el resto de la camisa. Una guía candela 12 permite el mantenimiento en posición de la candela dentro de la cámara de combustión. Esta primera pieza está constituida aquí por una porción cilíndrica 13 de eje XX y de un collarín 14 en la prolongación hacia el exterior de la porción cilíndrica.The part of the outer jacket 11 of a turbojet combustion chamber 10 which is located at the level of a passage hole of a candle switched on. The candle has not been represented nor the rest of the shirt. A candle guide 12 allows maintenance in the position of the candle inside the combustion chamber. This first piece it is constituted here by a cylindrical portion 13 of axis XX and of a collar 14 in the outward extension of the portion cylindrical

La camisa exterior 11 de la cámara tiene una forma general cilíndrica con hacía aguas arriba una parte generalmente en forma de calota esférica. Se proporcionan, algunas aperturas axiales, no representadas, para el paso de medios de alimentación de la cámara de carburante y de aire de combustión. Las candelas aseguran el encendido de la mezcla aire carburante.The outer jacket 11 of the chamber has a general cylindrical shape with upstream part generally in the form of a spherical shell. They are provided, some axial openings, not shown, for the passage of means of fuel chamber and combustion air supply. The Candles ensure the ignition of the fuel air mixture.

Para fijar la guía 12 sobre la camisa 11, se escarió un orificio pasante circular. Se redujo el espesor de la pared sobre el contorno del orificio por refrentado del eje perpendicular YY, para formar una superficie de apoyo contra la cual se coloca la pieza cilíndrica 13 por su borde de extremo. Esta superficie constituye aquí el plan de unión J. el borde de extremo y la superficie de apoyo están en un mismo plano. El eje XY hace aquí un ángulo con el eje XX debido a la curvatura de la camisa de la cámara. Se ve en la figura que el diámetro de la abertura practicada en la segunda pared es ligeramente más bajo que el del tubo 13.To fix the guide 12 on the shirt 11, He reamed a circular through hole. The thickness of the wall over hole contour by shaft restraint perpendicular YY, to form a support surface against which the cylindrical part 13 is placed at its end edge. This surface constitutes here the junction plan J. the end edge and The support surface are in the same plane. The XY axis does here an angle with the XX axis due to the curvature of the shirt of the camera. It is seen in the figure that the diameter of the opening made on the second wall it is slightly lower than that of tube 13.

Esta porción forma un resalte 15 anular cuya función es constituir un metal de aporte para la soldadura.This portion forms an annular shoulder 15 whose function is to constitute a metal of contribution for the welding.

Para soldar las dos piezas una a la otra, se utiliza una máquina de soldadura TIG donde se percibe solamente el extremo del porta electrodo 20.To weld the two pieces to each other, you uses a TIG welding machine where only the end of electrode holder 20.

Se conoce una instalación de soldadura TIG de tipo orbital en sí misma. Incluye un generador de corriente y una cabeza de soldadura. La cabeza de soldadura se monta sobre un asiento, e incluye un apoyo del porta electrodo con su cubierta de gas. El apoyo es móvil sobre su asiento para permitir una colocación rigurosa del electrodo con respecto a la zona de soldadura. El porta electrodo tiene una forma de lápiz o de barra axial. Un mecanismo acciona en rotación el porta electrodo sobre sí mismo alrededor de su eje. El conjunto se conecta a un autómata programable. Este autómata controla todos los parámetros que tienen una incidencia sobre la soldadura: los valores de la corriente eléctrica, las velocidades de avance orbital del extremo del electrodo, los tiempos de calentamiento y los caudales de gas de protección, el argón por ejemplo. El autómata recorta un ciclo de 360º en un número de secuencias determinadas, 486 por ejemplo, cada una de las cuales puede contener valores diferentes de los parámetros. Se puede así hacer variar los parámetros para cada posición del electrodo sobre su trayectoria orbital en función del espesor local de las piezas de las masas o de la presencia de zonas de bombeo térmico.A TIG welding installation of Orbital type itself. It includes a current generator and a welding head The welding head is mounted on a seat, and includes an electrode holder support with its cover gas. The support is mobile on your seat to allow placement rigorous electrode with respect to the welding zone. The porta electrode has a pencil or axial rod shape. A mechanism rotates the electrode holder on itself around its axis The set is connected to a programmable automaton. This PLC controls all parameters that have an incidence on welding: the values of the electric current, the Orbital feed rates of electrode end, times heating and protection gas flow rates, argon by example. The automaton cuts a 360º cycle in a number of certain sequences, 486 for example, each of which It may contain different values of the parameters. It can be like this vary the parameters for each electrode position on its orbital path depending on the local thickness of the pieces of the masses or the presence of thermal pumping areas.

El porta electrodo 20 se coloca de tal modo que sea coaxial al eje YY perpendicular al plano de unión entre las dos piezas. Lleva un electrodo en tungsteno 22 que hace un ángulo \alpha determinado con el eje YY. La representación es esquemática, no se ve la falda de dirección del gas de protección. El electrodo se orienta en el ángulo entrante formado por la primera pared 13, de la pieza cilíndrica, y la segunda pared 11 de la segunda pieza en dirección del resalte 15.The electrode holder 20 is positioned such that be coaxial to the YY axis perpendicular to the joint plane between the two pieces. It carries a tungsten electrode 22 that makes an angle α determined with the YY axis. The representation is schematically, the protective gas steering skirt is not visible. The electrode is oriented at the incoming angle formed by the first wall 13, of the cylindrical piece, and the second wall 11 of the second piece in the direction of the shoulder 15.

El electrodo forma un ángulo \beta con la pared 13 tal que la dirección D del eje del electrodo pasa a través del resalte 15. Preferentemente, la dirección D está comprendida en el ángulo saliente formado por las paredes 13 y 12 complementaria a 360º del ángulo entrante citado más arriba.The electrode forms an angle? With the wall 13 such that the direction D of the electrode shaft passes through of the shoulder 15. Preferably, the address D is comprised in the protruding angle formed by walls 13 and 12 complementary to 360º of the incoming angle mentioned above.

El ángulo \beta está comprendido entre 0 y 180º. Se coloca el electrodo preferentemente de tal modo que su dirección D atraviesa el plano de unión J, en particular, en su medio y pasa por el punto P que está en la intersección de las dos paredes 13 y 15 en el ángulo saliente.The angle? Is between 0 and 180º. The electrode is preferably positioned such that its direction D crosses the junction plane J, in particular in its middle and goes through the point P that is at the intersection of the two walls 13 and 15 at the protruding angle.

El ángulo \alpha se elige en relación con el ángulo \beta de tal forma que, cualquiera que sea la posición orbital del electrodo alrededor del eje YY, su dirección D esté siempre bien orientada. Preferentemente, se define de tal modo que asegure al ángulo \beta un valor que varía más bien poco a lo largo de la rotación del porta electrodos. Esta inclinación del electrodo con respecto a la superficie de unión asegura una mezcla del baño de fusión y la formación de un cordón de soldadura que no requiere preferentemente retoque por conformado.The angle? Is chosen in relation to the angle? so that whatever the position orbital electrode around the YY axis, its direction D is Always well oriented. Preferably, it is defined in such a way that secure to the angle β a value that varies rather little at along the rotation of the electrode holder. This inclination of electrode with respect to the joint surface ensures a mixture of the melting bath and the formation of a weld bead that does not preferably requires touch-up by forming.

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Para la soldadura de las piezas, se comienza por posición ar la pieza 13 sobre la camisa en apoyo contra la superficie preparada. Se fija temporalmente. A continuación, se coloca el electrodo de tal forma que su eje de rotación pasa por el plano de apoyo y el eje XX. El extremo del electrodo está a una distancia que permite la formación del arco de soldadura.For welding the pieces, start by position ar piece 13 on the shirt in support against the surface ready. It is fixed temporarily. Then it place the electrode so that its axis of rotation passes through the support plane and the XX axis. The end of the electrode is at a distance that allows the formation of the welding arc.

Se pone en acción la máquina. El porta electrodo gira sobre sí mismo a partir de la posición inicial que se determinó según el programa del autómata. Se programa la velocidad de desplazamiento de la cabeza del electrodo así como la intensidad de la corriente que atraviesa el electrodo en función de la posición angular de ésta durante su rotación. En efecto se ve que la cantidad de metal bajo el arco no es constante debido a la geometría compleja de las piezas. Se asegura la formación de un cordón homogéneo adaptando estos dos parámetros a la geometría. Se adapta también el caudal del gas de protección. Por ejemplo para la soldadura de un tubo guía candela, se puede prever un ciclo de 360º con cinco o seis secuencias angulares de las que las velocidades de avance de la cabeza de electrodo y la intensidad de la corriente de soldadura difieren.The machine is put into action. Electrode holder rotates on itself from the initial position that was determined according to the program of the automaton. The speed of electrode head displacement as well as the intensity of the current through the electrode depending on the position angular of this during its rotation. In effect it is seen that the amount metal under the arc is not constant due to complex geometry of the pieces. The formation of a homogeneous cord is ensured adapting these two parameters to the geometry. It also adapts the protection gas flow. For example for welding a Candela guide tube, a 360º cycle with five or six can be provided angular sequences of which the forward speeds of the electrode head and welding current intensity differ.

Un ejemplo de ciclo es el siguienteAn example of a cycle is as follows

1one

Se representó en la figura 3, la guía candela soldada a la camisa exterior de cámara de combustión. Gracias al procedimiento de la invención el cordón de soldadura C presenta una forma radiante C1 sin borde en la vena de gas tanto del lado de la cámara como del lado del tubo. En frente un borde C2 se formó en el ángulo entrante definido por las paredes 13 y 11.It was represented in figure 3, the candle guide welded to the outer jacket of combustion chamber. Thanks to method of the invention the weld bead C has a radiant form C1 with no edge in the gas vein both on the side of the tube-like chamber In front a C2 edge formed in the incoming angle defined by walls 13 and 11.

La presencia del borde permite un control visual simple de la calidad de la soldadura.The presence of the border allows visual control Simple welding quality.

Claims

1. TIG welding procedure of a first part (12) forming a candle guide with a first cylindrical wall (13) and an end edge to a second part (10) forming a gas turbine engine combustion chamber with a second wall (11) in which a circular hole of YY axis was reamed, the two pieces being welded together to one another along a joint surface formed by the edge of the hole of the second wall (11) and said end edge of the first cylindrical wall, the first wall forming angular sectors with the second wall, the second wall presenting a facing against which the end edge of the first wall is supported before welding, characterized because the welding electrode (22) disposed in the angular sector inside said hole, the electrode (22) moves along said joint surface the axis (D) of the electrode that forms an angle (β) ) with regard to the first cylindrical wall (13) less than 180 °, so that the axis (D) of the electrode crosses the matter of the first and the second wall through the two angular sectors formed by the two walls, the welding energy being applied enough to form an edge (C2, C'2) in the sector of angle opposite to that which includes the electrode.

2. Procedure according to claim above, in which said second wall (11) forms a shoulder (15) along the joint surface before welding.

3. Procedure according to any one of the previous claims according to which the travel speed and current intensity of the electrode depending on the geometry of the two pieces along the path of the end of the electrode.